ATP裝置成品油產(chǎn)量低的原因分析以及解決措施

王珂 閆玉麟 申琳

摘 要：進(jìn)入2016年以來(lái)，某頁(yè)巖煉油廠(chǎng)ATP小顆粒頁(yè)巖煉油裝置始終處于低產(chǎn)狀態(tài)，頁(yè)巖采油率平均在48%左右，比2015年同期水平降低約10%，嚴(yán)重影響成品油的產(chǎn)量，給企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)帶來(lái)困難，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)ATP小顆粒頁(yè)巖煉油裝置采油率低進(jìn)行了原因分析，提出了改變頁(yè)巖油粘度分布、校正計(jì)量器具、采取措施防止烴泄漏、降低干餾區(qū)壓力波動(dòng)等解決措施。

關(guān) 鍵 詞：ATP； 小顆粒頁(yè)巖； 成品油； 采油率

中圖分類(lèi)號(hào)：TE 624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1671-0460（2016）08-1913-04

Abstract： Since 2016， ATP “small particle” device of a shale oil plant remains the state of low oil production， shale oil production rate is around 48% on average， and about 10% lower than the same period in 2015， which seriously affected the yield of product oil， brought difficulties to enterprise operation and management， and caused serious economic losses. In this paper， causes of low oil production rate of ATP plant were analyzed， and the relative solutions were put forward， such as changing the viscosity distribution of shale oil， measuring instruments calibration， prevention measures of hydrocarbon leakage， reducing the fluctuation of retort zone pressure and so oon.

Key words： ATP； small particle oil shale； product oil； oil production rate

近年來(lái)隨著國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展，我國(guó)對(duì)石油資源的需求量日益增，2015年我國(guó)石油表觀消費(fèi)量估計(jì)為5.43億t，比上年增加0.25億t，剔除新增石油儲(chǔ)備和庫(kù)存因素，估計(jì)實(shí)際石油消費(fèi)增速為4.4%，較上年增加0.7個(gè)百分點(diǎn)。石油凈進(jìn)口量為3.28億t，同比增長(zhǎng)6.4%，增速比上年高0.6個(gè)百分點(diǎn)，我國(guó)石油對(duì)外依存度達(dá)到60.6%。因此，尋找石油的替代產(chǎn)品是當(dāng)務(wù)之急。我國(guó)油頁(yè)巖資源豐富，據(jù)國(guó)土資源部、國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)及財(cái)政部于2004～2006年聯(lián)合組織、由吉林大學(xué)等開(kāi)展的“全國(guó)油頁(yè)巖資源評(píng)價(jià)”，預(yù)測(cè)資源高達(dá)7 199億t，折算成頁(yè)巖油資源為476億t[1]。油頁(yè)巖作為一種重要的石油補(bǔ)充和替代能源，以其巨大的儲(chǔ)量、豐富的綜合利用層次，引起了我國(guó)乃至全世界的關(guān)注。

撫順礦業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司頁(yè)巖煉油廠(chǎng)ATP小顆粒頁(yè)巖煉油裝置于2013年8月23日開(kāi)工投產(chǎn)，該裝置設(shè)計(jì)能力為：加工處理頁(yè)巖230 t/h，頁(yè)巖含油率7.0%，輕油產(chǎn)量4.101 t/h，重油產(chǎn)量8.476 t/h，尾氣7.878 t/h，裝置采油率為78.12%。

2015年，ATP小顆粒頁(yè)巖煉油裝置開(kāi)工天數(shù)為296 d，實(shí)際生產(chǎn)成品油35 000 t。特別是在2015年9月份檢修增加余熱鍋爐后，成品油日產(chǎn)160 t/d，正在穩(wěn)步接近設(shè)計(jì)能力。

進(jìn)入2016年，ATP小顆粒頁(yè)巖煉油裝置運(yùn)行出現(xiàn)不穩(wěn)定性，非計(jì)劃停車(chē)2次。停車(chē)檢修后裝置正常運(yùn)行，成品油日產(chǎn)最高在140 t/d，平均日產(chǎn)在129 t/d左右，每天減少成品油近30 t，給企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益帶來(lái)嚴(yán)重影響。因此，研究合理的改造方案，增加產(chǎn)能，提高頁(yè)巖采油率，對(duì)整個(gè)ATP裝置乃至小顆粒油母頁(yè)巖煉油行業(yè)都具有十分重大的意義。

1 成品油產(chǎn)量低的原因分析

為了能更清楚地比較成品油產(chǎn)量，選取2015年10月和2016年4月生產(chǎn)操作數(shù)據(jù)作為比較，通過(guò)數(shù)據(jù)分析來(lái)確定原因。

1.1 頁(yè)巖質(zhì)量

2015年10月和2016年4月頁(yè)巖的粒度和含油率分析情況如下，見(jiàn)表1。

表1中，兩次運(yùn)行標(biāo)定處理量都是190 t/h，頁(yè)巖含油率平均為5.7%，ATP干餾爐干餾區(qū)料床溫度為500～505 ℃[2]，頁(yè)巖含水率平均為7.5%～7.7%。

通過(guò)對(duì)比頁(yè)巖粒度分布、干餾區(qū)操作溫度、頁(yè)巖含油率與產(chǎn)油量趨勢(shì)，尋找造成兩次運(yùn)行存在的參數(shù)差異，從而得到優(yōu)化生產(chǎn)的操作方向。

2016年4月份運(yùn)行時(shí)1 mm以下的頁(yè)巖占有比率明顯比2015年10月要高。2015年10月運(yùn)行期，1 mm以下的頁(yè)巖占有比率平均值為11.3%。2016年4月運(yùn)行期，1 mm以下的頁(yè)巖占有比率平均值為17.6%。ATP爐工藝要求頁(yè)巖含油率在7%的條件下，1 mm以下的頁(yè)巖占有率不應(yīng)超過(guò)30%。油頁(yè)巖在生產(chǎn)過(guò)程中的熱膨脹與熱強(qiáng)度和熱崩碎有很大關(guān)系。中國(guó)石油大學(xué)利用熱機(jī)械性質(zhì)儀對(duì)多種頁(yè)巖在不同粒度分布下的熱膨脹率研究表明[3]：初始粒度分布與最終加熱后的細(xì)微粉塵呈線(xiàn)性關(guān)系。通過(guò)分析得出：過(guò)多的1 mm以下頁(yè)巖，將嚴(yán)重影響未干餾的頁(yè)巖在干餾區(qū)內(nèi)與燃燒區(qū)返回來(lái)的灰渣充分混合，并導(dǎo)致干餾后的半焦物料在燃燒區(qū)內(nèi)熱平衡紊亂，造成燃燒區(qū)的高溫區(qū)域向冷卻區(qū)延伸。同時(shí)較低溫度的灰渣進(jìn)入干餾區(qū)，與未干餾的頁(yè)巖相混合，也會(huì)導(dǎo)致頁(yè)巖干餾反應(yīng)效果不好，影響成品油產(chǎn)量。1 mm以下的頁(yè)巖占有比率增加，將會(huì)導(dǎo)致過(guò)多的底油回?zé)捔?，這也將導(dǎo)致一部分重油的損失，造成成品油減少。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2016年4月份運(yùn)行，底油回?zé)捔炕揪S持在4 t/h左右。而2015年10月份運(yùn)行，底油回?zé)捔烤S持在3.5 t/h。通過(guò)對(duì)比分析，2016年4月份過(guò)高的底油回?zé)捔棵啃r(shí)將會(huì)減少0.35 t的重油產(chǎn)量。

另外，對(duì)兩次運(yùn)行期間頁(yè)巖粒度分布化驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)，大于5 mm的頁(yè)巖粒度分布比率主要相差在10 mm以上這一部分，即2015年10月運(yùn)行期間，10 mm左右頁(yè)巖比2016年4月份運(yùn)行要多三分之一，而中間粒度分布基本一致。這部分頁(yè)巖是ATP爐干餾反應(yīng)最為合適的材料。因此頁(yè)巖的粒度分布不好是成品油產(chǎn)量低的原因之一。

上述兩次運(yùn)行周期中，頁(yè)巖含油率測(cè)定均使用中國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《油頁(yè)巖含油率的測(cè)定法》[4]。從頁(yè)巖品位監(jiān)測(cè)結(jié)果看，測(cè)得的頁(yè)巖含油率差別不大。因此，頁(yè)巖品位變化不是產(chǎn)量降低的原因。

1.2 頁(yè)巖處理量

頁(yè)巖處理量的大小直接影響產(chǎn)成品油產(chǎn)量，綜合頁(yè)巖處理量、ATP干餾爐電機(jī)扭矩和ATP干餾爐重量的數(shù)據(jù)對(duì)比，進(jìn)行分析如下，見(jiàn)表2及圖1-4。

通過(guò)ATP爐固定端和浮動(dòng)端平均重量對(duì)比分析得知， 2015年10月份ATP爐重下限要高于2016年4月份。

通過(guò)ATP爐1#和2#主電機(jī)平均扭矩對(duì)比分析得知，2015年10月份ATP爐扭矩要大于2016年4月份扭矩。

同樣是處理量190 t/h，實(shí)際上2016年4月份的進(jìn)料量要低于2015年10月份的進(jìn)料量。因此可以判斷進(jìn)料皮帶秤有所偏差，處理量小是成品油產(chǎn)量低的原因之一。

1.3 干餾區(qū)溫度

油頁(yè)巖干餾溫度對(duì)熱解頁(yè)巖油收率有重大影響。研究型試驗(yàn)表明，撫順頁(yè)巖最佳干餾溫度下，恒溫干餾所需時(shí)間與粒徑平方成正比[5]。

2015年10月和2016年4月ATP爐干餾區(qū)溫度分析情況如下，見(jiàn)表3。

根據(jù)對(duì)比分析可以看出，2015年10月份和2016年4月份的干餾區(qū)料床溫度和停留時(shí)間基本一致，都在ATP爐工藝操作范圍之內(nèi)，因此干餾區(qū)料床溫度和轉(zhuǎn)速控制不是導(dǎo)致產(chǎn)油低的原因。

1.4 油回收系統(tǒng)

2015年10月和2016年4月油回收系統(tǒng)各個(gè)主要參數(shù)分析情況如下，見(jiàn)表4。

根據(jù)油回收系統(tǒng)對(duì)標(biāo)分析，底油回?zé)捔砍龉に囈笞畲蠓秶?～3 000 kg/h）。2016年4月份和2015年10月份生產(chǎn)當(dāng)中，底油回?zé)捔慷汲^(guò)設(shè)計(jì)值。回?zé)捔坑糜诳刂频子凸腆w含量，過(guò)高的固體含量將會(huì)影響泵送能力，并堵塞管路。我們根據(jù)每班一次的底油固體檢測(cè)結(jié)果連同底油泵出口壓力和電流的變化來(lái)判斷固體含量的情況。由于洗滌塔固體濃度超過(guò)30%，導(dǎo)致生產(chǎn)過(guò)程中被迫將更多的底油送回ATP爐干餾區(qū)進(jìn)行再次熱解，才能降低洗滌塔底油固體濃度，從而直接影響了重油產(chǎn)量。烴系統(tǒng)中的一二級(jí)旋風(fēng)除塵器僅能適用于捕集大顆粒的粉塵，在捕集40 ?m以上的粉塵時(shí)，效率可達(dá)100%，但捕集5 ?m以下的粉塵時(shí)，效率將降低至40%，底油系統(tǒng)內(nèi)的粉塵設(shè)計(jì)值普遍為小于3 ?m，這些粉塵是旋風(fēng)分離器無(wú)法有效去除的。粒度越小的頁(yè)巖，在干餾時(shí)，煅燒崩碎產(chǎn)生的細(xì)小粉塵越多。因此，目前要想改善底油固體濃度，增加產(chǎn)量，必需除去細(xì)小粉塵，改變頁(yè)巖粒度分布，減少細(xì)小粉塵生成量。綜上所述，底油回?zé)捔窟^(guò)大是造成產(chǎn)量低的原因。

1.5 烴系統(tǒng)泄漏

2015年10月和2016年4月ATP爐烴蒸氣出口一二級(jí)旋風(fēng)器下料溫度分析情況見(jiàn)圖5、6。

根據(jù)烴一、二級(jí)旋分器下料溫度TT-203、TT-205對(duì)比上圖可知，烴一級(jí)旋分器下料溫度TT-203在2016年4月份和2015年10月份兩次運(yùn)行當(dāng)中幾乎相同，可以判定沒(méi)有氧氣泄漏和燃燒現(xiàn)象。

根據(jù)烴一、二級(jí)旋分器下料溫度TT-203、TT-205對(duì)比上圖可知，烴二級(jí)旋分器下料溫度TT-205在2016年4月份運(yùn)行時(shí)明顯要高于2015年10月份，2016年4月份烴二級(jí)旋風(fēng)器下料溫度TT-205溫度平均在460 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于工藝要求范圍。2015年10月份運(yùn)行時(shí)烴二級(jí)旋風(fēng)器下料溫度TT-205溫度平均在333 ℃。可以判斷2016年4月份運(yùn)行期間，有氧氣泄漏到系統(tǒng)內(nèi)，有燃燒現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)致烴系統(tǒng)溫度升高。因此烴二級(jí)旋分器下料時(shí)有氧氣泄漏到系統(tǒng)內(nèi)部，造成烴蒸氣燃燒是造成產(chǎn)量低的原因之一。

2 分析總結(jié)

從以上分析得出油產(chǎn)量低的原因有五點(diǎn)：

a）頁(yè)巖粒度偏小。

b）計(jì)量偏差。

c）底油回?zé)捔看蟆?/p>

d）烴系統(tǒng)泄漏燃燒。

e）干餾區(qū)壓力波動(dòng)大。

3 整改措施

3.1 改變頁(yè)巖的粒度分布

措施：①增加風(fēng)選設(shè)備，把頁(yè)巖顆粒粒度小于5 mm以下的篩選掉，以保證進(jìn)料質(zhì)量。②針對(duì)頁(yè)巖粒度不好、雨季導(dǎo)致頁(yè)巖濕碎以及頁(yè)巖含油率不高等現(xiàn)狀，對(duì)工況做出相應(yīng)的操作調(diào)整，來(lái)更好的適應(yīng)突發(fā)狀況。（針對(duì)于顆粒小重新調(diào)整干餾區(qū)溫度和干餾時(shí)間等）

3.2 精確計(jì)量

措施：①對(duì)皮帶秤637/638重新校準(zhǔn)，定期進(jìn)行校準(zhǔn)偏差。②通過(guò)排料皮帶秤反推進(jìn)料情況。

③通過(guò)對(duì)比分析ATP爐扭矩和ATP爐重來(lái)判斷進(jìn)料量的偏差。

3.3 降低底油回?zé)捔?/p>

措施：①降低洗滌塔底油固體濃度，按照工藝要求不超過(guò)30%，調(diào)整洗滌塔各回流流量。②繼續(xù)對(duì)ATP爐干餾區(qū)氣相擋板進(jìn)行改造，來(lái)降低粉塵的吸入量。 ③檢查烴蒸氣旋分器有無(wú)泄漏，造成烴旋分器工作效率降低。（做正壓測(cè)試）④增加底油固體濃度檢測(cè)器，便于根據(jù)實(shí)時(shí)的底油固體濃度，進(jìn)行底油回?zé)捔康恼{(diào)整。

3.4 采取措施防止烴系統(tǒng)泄漏

措施：①改造烴旋分器下料盤(pán)根密封的形式，防止氧氣進(jìn)入。②更換03T-05尾部電機(jī)軸承。并改造尾部電機(jī)氮?dú)庾⑷肟诖笮?。③增?3T-05尾部氮?dú)獯祾吡髁?，現(xiàn)已經(jīng)把?6的氮?dú)夤芫€(xiàn)加粗至?10。④停工時(shí)，對(duì)旋分器保溫拆除，徹底檢查旋分器是否有漏點(diǎn)和開(kāi)焊情況。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉招君，董清水，葉松青，朱建偉，郭巍，李殿超，柳蓉，張海龍，杜江峰. 中國(guó)油頁(yè)巖資源現(xiàn)狀.吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（地球科學(xué)版），2006，36（6）：869-876.

[2] 侯祥麟. 中國(guó)頁(yè)巖油工業(yè)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1984.

[3] 陸紹信，陳廷蕤，沈志虹，王廷芬. 我國(guó)油頁(yè)巖性質(zhì)研究-油頁(yè)巖的熱膨脹性能[J]. 石油學(xué)報(bào)（石油加工），1990，16（2）：95-99.

[4] SH/T0508-92，油頁(yè)巖含油率的測(cè)定法[S].

[5] 王劍秋，李術(shù)元，楊克勇. 利用熱重儀進(jìn)行顆粒頁(yè)巖干餾的研究[J]. 石油大學(xué)學(xué)報(bào)，自然科學(xué)版，1988，12（4-5）：104-109